單片機的微波爐控制器系統(tǒng)設計

1、單片機的微波爐限制器系統(tǒng)設計作品編號：E甲0501參賽學生王勇自動化專業(yè)張雷鳴自動化專業(yè)郭文杰電子專業(yè)指導教師遲潔茹原明亭本可編程微波爐限制器系統(tǒng),以AT89C52單片機為核心,由鍵盤顯示、語音發(fā)聲、限制器、用口效勞器等功能模塊組成.基于題目根本要求,本系統(tǒng)對功能設置、數(shù)據(jù)裝入和定時設定功能進行了重點設計.此外,擴展了液晶顯示、微波火力檔位設定、自動烹飪、智能感應烹飪、語音提示、日歷時鐘、E2PROM、和Internet遠程限制等功能.關鍵字：單片機自動限制遠程限制無線傳輸一、方案比擬1、主限制器方案一采用數(shù)字邏輯芯片.本系統(tǒng)有功能設置、數(shù)據(jù)裝入、定時、顯示、音響限制多個功能模塊.各個狀態(tài)保持

2、或轉移的條件依賴于鍵盤限制信號.由于鍵盤限制信號繁多,系統(tǒng)的邏輯狀態(tài)以及相互轉移更是復雜,用純粹的數(shù)字電路或小規(guī)模的可編程邏輯電路實現(xiàn)該系統(tǒng)有一定的困難,需要用中大規(guī)模的可編程邏輯電路.這樣,系統(tǒng)的本錢就會急劇上開相對于方案二.因此,本設計并未采用這種方案.方案二采用單片機作為整個限制系統(tǒng)的核心.鑒于市場上常見的51系列8位單片機的售價比擬低廉,我們的設計采用了主從雙AT89C52單片機系統(tǒng).其中一片作為主限制器,主要負責系統(tǒng)的限制與協(xié)調工作.具體方案如下：首先,利用單片機多中斷源的協(xié)調處理水平,通過中斷接收鍵盤送來的信號,確認功能設置,實現(xiàn)數(shù)據(jù)裝入,同時接收時鐘芯片PCF8563的秒脈沖信號

3、作為基準信號,完成計時任務.其次,從CPU根據(jù)主CPU發(fā)出的信號限制語音播報、遠程操作等功能.這樣的設計使安裝和調試工作可以并行進行,發(fā)揮團隊優(yōu)勢,極大地縮短了總體設計和制造的時間；同時可以降低單個CPU的工作量,為發(fā)揮局部的制作以及其他功能擴展提供了充足的內部空間和更多的外部接口.綜合考慮以上因素,我們采用了方案二.2、鍵盤顯示模塊方案一采用Intel8279可編程鍵盤/顯示接口芯片.Intel8279是一個專用的顯示器鍵盤接口,它用硬件完成對顯示器和鍵盤的掃描,大大方便了用戶,使程序變得簡潔、易讀和模塊化.但其缺點是8279為并行接口芯片,占用CPU端口多,需要CPU有比擬強的負載攜帶水平

4、.方案二采用了HD7279A數(shù)碼管/鍵盤串行接口芯片.HD7279A可同時驅動8位共陰式數(shù)碼管,同時還可連接多達64鍵的鍵盤矩陣,單片即可完成顯示鍵盤接口的全部功能.具優(yōu)點是采用串口通訊,占用CPU端口少,對CPU負載攜帶水平要求低,使主限制器又余力實現(xiàn)更強的限制功能.考慮到該限制系統(tǒng)比擬復雜,CPU需要驅動較多的電子器件,故我們采用了7-o二、設計論證1 .總體設計系統(tǒng)框圖如圖2-1所示語音EEPROM由口效勞器LCDSS限制器LED圖2-1系統(tǒng)總體設計框圖2 .各模塊具體實現(xiàn)原理分析1單片機系統(tǒng)：整個硬件系統(tǒng)的核心,它既是協(xié)調整機工作的限制器,又是數(shù)據(jù)處理器.我們采用了ATMEL公司的AT

5、89C52單片機.它是一款低功耗、高性能的CMOS型8位單片機,其內含256個字節(jié)的RAM,8KBFLASHROM,3個16位定時器/計數(shù)器.2鍵盤輸入模塊：如圖2-2所示.用HD7279A限制4X4鍵盤,7279得至U鍵盤碼,通過中斷效勞程序把鍵盤信息送給單片機.此方案不用單片機實時掃描鍵盤,使單片機可以騰出更多時間執(zhí)行其他操作.3顯示模塊：如圖2-2所示.我們的顯示單元采用LED、LCD雙屏幕顯示.LED顯示模塊由HD7279A驅動,LCD顯示器采用金鵬電子生產的OCMJ4*8C系列液晶顯示器.該中文模塊可以顯示字母、數(shù)字符號、中文字型及圖形,具有繪圖及文字畫面混合顯示功能.即可采用并行接

6、口、又可采用串行接口,連線較為方便.采用LED顯示,可以防止光線較弱時使用不便.LCD顯示信息量大,配合我們開發(fā)的全程菜單操作環(huán)境及全中文的提示參數(shù)顯示,可以顯示較為豐富的菜單與工作數(shù)據(jù).LED與LCD的同時使用即可以滿足顯示數(shù)據(jù)的根本功能,又可以到達輸出顯示方面的擴展要求,實現(xiàn)了非常友好的人機界面VCCU1VCC1一3VDDRST,VDDRC,NCCLKO28T27262524232221DIG3VCCC11.5KIIIP15P14P135678,VSSDIG7,NCDIG6CSDIG5,CLKDIG4,DATADIG3KEV-DIG2,SGDIG1,SFDIG0,SEDP,SDSASCSB

7、15PR9J2,1,2,3,4,DPKEY920DIG2R0K1SA101119DIG1R0K18DIG0R6KZKSBSC1217DPDP0SD1316SA工1SA0SE1415SBR4_SB0SCR5；1SC0SFSGHD7279ASDR17SD02001SE'SE0SFR121sf0SF2001SF0CON8SG200_;SG0VCC.1GND,2P213P204P2251J?LCDJ3DIG3,1J4DIG2,29DIG138DIG0,47DP0,56SA0,65SB0,74SC0,83SD092SE0.101SF0.11SG0100K*8CON12圖2-2200

8、鍵盤顯示電路4掉電存儲：系統(tǒng)預制的菜譜以及通過網(wǎng)絡下載的菜譜,要求掉電不喪失,為此我們采用ATMEL公司的24C04E2PROM24C04是一個4Kb的支持I2C總線數(shù)據(jù)傳送協(xié)議的串行CMOSE2PROM可用電擦除,可編程自定時寫周期包括自動擦除時間不超過10ms典型時間為5ms的串行E2PROM.PCF8563乍為秒脈5定時模塊：為提升定時精度,我們采用日歷時鐘芯片沖發(fā)生器,如圖2-3所示10uFC6104VCCD41N4148B13.6V£圖2-3PCF8563時鐘電PCF8563是低功耗的CMOS實時時鐘/日歷芯片,它提供一個可編程時鐘輸出,一個中斷輸出和掉電檢測器,所有的地址

9、和數(shù)據(jù)通過I2C總線接口串行傳遞.設定好PCF8563的CLKOUT輸出頻率限制字,即可輸出所需頻率的脈沖信號,在本設計中所用頻率為1Hz.單片機在該秒脈沖的作用下可實現(xiàn)倒計時以及聲音提示音延遲限制.另外在給PCF8563送入初始的日歷信息后,PCF8563中的日歷就會自動運行,經單片機讀取、處理后在液晶顯示器上顯示.而且該局部電路還加了掉電保護功能,在主供電系統(tǒng)意外斷電時,即Vcc為0V時,D1截止,3.6V備用電源通過D2繼續(xù)給PCF8563供電保證8563的正常運行.6自動稱重電路模塊：采用8位兼容AD轉換器ADC0809ADC08091一個單片CMO器件,帶有8通道多路模擬開關和微處理

10、兼容限制邏輯.在設計中我們用電位器虛擬食品重量,將模擬量電壓轉換為單片機可識別的數(shù)字量,查詢內置表格實現(xiàn)火力和時間自動調節(jié).如圖2-4所示.U9FD021msb2-1IN-026IN0D1202-2D2192-3IN-127D3182-4D482-5IN-2281D5-n"52-6D6142-7IN-31D71/lsb2-82IN-4137EOCIN-53A025ADD-A4A124ADD-BIN-6A223ADD-C22IN-75ALE9ENABLEref(-)16II'6STARTVCCALE10卜CLOCKref(+)1U14ADC0809圖2-4AD轉換電路IN0VC

11、C7效勞器模塊：采用ATOPTIGERLIN褥口效勞器GW21S-25的TCP/IP協(xié)議審通信協(xié)議轉換,實現(xiàn)信息設備網(wǎng)絡化,由遠程WebM面向本地微波爐發(fā)送指令、下載菜譜等,實現(xiàn)微波爐的信息限制.8限制器：利用現(xiàn)有的興旺的公用網(wǎng)絡PublicSwitchedTelephoneNetwork,PSTN進行基于DTMFDualToneMultipleFrequency雙音多頻的遠程限制,由單片機進行數(shù)據(jù)和信息處理,限制微波爐實現(xiàn)相應功能.用戶可通過任意一部雙音頻包括、分機對本地微波爐進行操作.9語音處理電路：在本設計中,提示音及語音播報功能都需要語音電路實現(xiàn).本設計采用了ISD25120芯片實現(xiàn)語

12、音處理功能,25120屬于美國信息存貯器件ISDInformationStorageDevices公司生產的單片語音集成電路2500系列,其特點為片內的容量為480KB10個地址輸入端,錄放最多可分600段,錄放時間120秒,采樣頻率4KHz如圖2-5所示.該電路可以在單片機的限制下實現(xiàn)按地址錄、放音,并能檢測到放音是否結束.根據(jù)設計需要,將地址低五位直接接地.這樣,每一個地址所能儲存的音可達6.4s,不再是先前的0.2秒.限制端都與單片機I/O口直接相連,可以方便的進行限制.語音信號從SP+俞出,分兩路,一路通過三極管Q16放大后接入線回路,其中信號帶有直流偏置電壓1.5V,接入的三極管Q1

13、6由R58設置適宜靜態(tài)工作點；另一路通過音頻放大器放大輸出見圖2-6.VCC-hA8A9A108A11A1210ISDCEISDPDISDP/RISDEOM25,A0VCCD,A1VCCA,A2,A3VSSD,A4VSSA,A5,A6SP+,A7SP-,A8AUXIN,A9ANAIN,CEANAOUT,PD,P/RMICREF,EOMMIC,OVF,XCLKAGCU261282671192312427221926ISD25120121314153451817202116_C58一一C350.01u0.1uSPEAKERC5C62100u104R54R525.1KC3451K0.1uR535.1

14、KC531045.1KQMK1MICR4VCCTC63口R55470K,|卜100uJ-1T修4.7uI語音處理圖2-5語音電路10音頻放大電路：為了將音頻小信號放大輸出,需要用到音頻放大電路.設計中采用了LM386電路如圖2-6所示.信號通過隔直電容C55與限流電阻R56從運放反相輸入端輸入,放大后經濾波電容C64從揚聲器輸出.通過調節(jié)R76可改變音量的大小.圖2-6音頻放大電路11無線遙控系統(tǒng)：采用無線收發(fā)模塊SC2262以及SC2272-L4進行編解碼,以此實現(xiàn)微波爐限制器系統(tǒng)的遠程智能化、信息化限制功能.選擇添加無線遙控系統(tǒng)主要是為了增加系統(tǒng)的靈活性與可擴展性,并且這種別離構建的無線射

15、頻遙控系統(tǒng)可以靈活的擴展為多個家電的無線限制只需為每個不同的家電分配一個地址,方便而實用,使系統(tǒng)以后的擴展性大大增強.三、系統(tǒng)軟件流程圖及操作說明1 .系統(tǒng)軟件流程圖省電模式如圖3-1所示,工作模式如圖3-2所示.語音報歡送詞顯示主菜單是自定義模式鍵嗎？是預約模式鍵嗎？是烹調、烘解凍鍵嗎?是預制菜單鍵嗎？N有鍵盤信號嗎？YNNNYYYY設定時間啟動運行子程序定時判斷子程序結束子程序設定火力選擇菜名設定時間設定時間結束子程序智能感應重量,設定火力、時間啟動運行子程序置標志位置標志位是語音開關、鍵嗎？.N省電模式是復位鍵嗎？-In圖11-2工作模式流程圖N圖11-4結束子程序為預制菜譜選擇鍵,其烹

16、調1烘烤2解凍3自定義4魯菜5川菜6粵菜7清真8預約9測試0增加A確定B開機/復位CJR語音開關D減少E取消F表1鍵盤分布2 .系統(tǒng)操作說明鍵盤功能：如表1所示13為火力檔位選擇鍵,4為自定義模式鍵,58他為功能鍵.火力檔位選擇鍵,進入時間設置菜單,用增加A、減少E鍵選擇需要的時間,按確定鍵B進入運行狀態(tài).自定義模式鍵,進入火力設定菜單,用增加、減少鍵選擇相應的火力,在按確定鍵進入時間設定菜單,再按對應功能鍵選擇需要的時間,再按確定鍵進入運行狀態(tài).預制菜譜選擇鍵調用內置菜單,系統(tǒng)將智能感應食品重量,自動選擇相應的火力和時間,只需按確定鍵即可確認運行.預約模式鍵,進入設定時間,按對應功能鍵選擇需

17、要的時間,再按確定鍵返回開機顯示菜單,液晶屏將顯示一個標志,提示系統(tǒng)進入預約啟動狀態(tài).測試鍵,4位數(shù)碼管交替顯示全亮和全滅兩種狀態(tài)3秒鐘.測試期間按開機鍵,停止測試,數(shù)碼管全亮,系統(tǒng)進入工作模式；按下測試鍵,數(shù)碼管熄滅,系統(tǒng)回到省電模式.測試鍵只在待機模式下有效.開機/復位鍵,開機系統(tǒng)從待機狀態(tài)進入工作狀態(tài),液晶屏顯示主菜單.工作狀態(tài)下按開機/復位鍵,系統(tǒng)從工作狀態(tài)回到待機狀態(tài).LED時間顯示為00.00,LCD顯示微波功率限制信號為00語音開關鍵,選擇是否在進入相應功能時伴隨有語音提示.取消鍵,在工作狀態(tài)下返回初始開機狀態(tài),液晶屏顯示主菜單.四、系統(tǒng)設計圖見附圖一五、功能測試1 .測試儀器W

18、AVE600晅真器SK1731sL2/fi流電源PC機2 .測試方法根據(jù)方案設計的要求,電路按模塊測試,各模塊逐個測試通過后再聯(lián)調.1主控單元功能設定、數(shù)據(jù)裝入模塊：鍵盤與仿真器聯(lián)機狀態(tài)下,在鍵盤中斷子程序中設定斷點.運行程序,按鍵測試,程序正常運行到斷點處產生中斷.讀入鍵值正確.將程序改為讀鍵值然后送到LCD上顯示,繼續(xù)測試鍵盤.當程序運行時所按鍵的鍵值都能正確的顯示到液晶屏上.繼而進行脫機測試,測試結果正常.鍵盤測試完成.顯示模塊：LED數(shù)碼管交替全亮全滅測試,待機狀態(tài)顯示00.00,定時及倒計時顯示99分99秒；LCD連接到仿真器上,聯(lián)機運行,程序輸出測試字符,運行結果輸出顯示正常屏幕中

19、文菜單、微波限制信號為0、微波爐工作指示.將輸出程序固化到單片機中,脫機運行測試,測試結果輸出顯示正常.定時模塊：PCF8563日歷時鐘能夠產生1HZ信號及提供日歷時鐘,保證系統(tǒng)能順利完成定時及倒計時工作.先將仿真器INT1口接到信號發(fā)生器上,將信號發(fā)生器調整為方波輸出,頻率為1Hz,在用鍵盤在00.00-99.99之間任意設定時間,觀察程序倒計時工作,當?shù)褂嫊r結束時程序停止運行.測試結果程序工作正常.然后將仿真器的INT1口接到PCF8563脈沖輸出端,設定PCF8563秒中斷,并設定時間測試倒計時程序,測試結果程序工作正常.最后進行脫機測試,將程序固化到單片機之中,脫機運行,測試結果設定時

20、間以及倒計時工作正常.音像限制模塊：先測試音頻輸出,程序運行開啟音頻輸出,音頻輸出正常,調節(jié)可調電位器,使音量到達適宜的程度.將倒計程序結束后添加開啟音頻裝置的限制程序,并延時3秒,進行倒計時測試,程序倒計時結束時隨即輸出3秒鐘的音頻提示.此外在執(zhí)行每項功能時伴隨語音提示.測試完成.擴展存儲模塊：E2PROM可以順利讀出、寫入預制及下載的菜單.2限制器：實現(xiàn)撥入,選擇功能,遠程啟動.3效勞器模塊：在同一局域網(wǎng)內實現(xiàn)遠程遙控及信息傳輸.各模塊測試完畢,再分別將主控單元與限制器聯(lián)調,主控單元與效勞器模塊聯(lián)調.測試通過后,將所有模塊整合,進行整體測試.測試結果系統(tǒng)能正常工作,并完成題目要求.六、測試

21、數(shù)據(jù)測試數(shù)據(jù)如表2表2測試數(shù)據(jù)次數(shù)1234倒計時秒數(shù)00.101.0010.0020.00技術結束發(fā)出聲音提示VVVV計時誤差<0.5s<0.5s<0.5s<0.5s設定加熱檔位10檔8檔6檔2檔對應檔位的指示燈點亮VVVV七、總結本系統(tǒng)以AT89C52芯片為核心部件,根據(jù)綜合電子技術、信號與系統(tǒng)以及單片機原理的知識,通過軟件實現(xiàn)了微波爐的可編程限制系統(tǒng),且各項功能到達了設計要求.在系統(tǒng)的設計過程中,我們力求硬件線路簡單,充分發(fā)揮軟件編程方便靈活的特點,并最大限度挖掘單片機片內資源,來滿足系統(tǒng)設計要求.融合、網(wǎng)絡遠程限制技術,實現(xiàn)微波爐的智能限制、信息限制見附圖二.因比

22、賽時間有限,該系統(tǒng)還有許多值得改良的地方：例如硬件系統(tǒng)的集成度還可以進一步提升,限制系統(tǒng)的容錯功能有待于進一步增強,以增強用戶使用的平安性,軟件中某些邏輯判斷方面的算法還有待于進一步優(yōu)化.附圖一J?R11C11224D1LEDU9FD021D2D3D41918D515D6-14D7-7WR5U7B474LS14A025A124A223：16：183030L6LEDLED74LS02A156U7C1074LS02ALEmsb2-1IN-02-22-3IN-12-42-5IN-22-62-7IN-3lsb2-8IN-4EOCIN-5ADD-AADD-BIN-6ADD-CIN-7ALEENABLEr

23、ef(-)START.CLOCKref(+)U142290ADC080926IN0VCC272816U2VCCVCCLED16U11VDD161C2CP0P1A0R810kIN0'l|5P15-6VDD-RSTVDDRCNCCLKOVSSDIG7NCDIG6CSDIG5CLKDIG4DATADIG3KEYDIG2SGDIG1SFDIG0SEDPSDSASCSB01314£-nr-13C4C5C6C7CCOMGNDULN2003AP2A1R610kR310kR410kR510kT2U1J?1234VCCl_rCON6gccrriPYLCD15PJ212DIG1678CONSESFSG39D0D0D1D2D3D4D5D6D7P07AP20P2110RXDU1C1+RXDTXDALE/PP00P01P02P03P04P05P06P22P23P24P25P26P27345SC1LTXDrN工|105C1105330ALE29C11.DIG3J3J4DPSBSCSESFSG100DP0SA0SCOS